異形槽零件的數(shù)控加工分析

【摘 要】隨著機電一體化的飛速發(fā)展，數(shù)控技術被廣泛的應用，機械制造行業(yè)也越來越開始青睞于用數(shù)控技術提高加工工藝[1-2]。槽類零件主要包括直槽類和各種異形槽，本文針對異形槽類零件的數(shù)控加工進行分析，根據(jù)原始資料，選擇相關的工藝加工技術，擬定合理的零件加工方式。

【關鍵詞】數(shù)控加工；異形槽零件；加工分析

槽類零件由圓弧、圓孔、凹槽、凸臺等組成根據(jù)此特點需要的工具也分為鉆頭、銑刀、鏜刀。槽類零件分為2大類，直槽形和異形槽。異形槽零件的輪廓多為孔、圓弧等。軸類零件有較高的精度要求，所以在加工前要了解零件在整個產品中的作用、零件的形狀、自身的結構和使用機床的性能，然后設計出零件的工業(yè)加工過程，對零件的質量和生產過程具備重要的意義。

1.關于異形槽零件加工里技術環(huán)節(jié)失敗的實例分析

以圖1的零件為例子，該零件之前的廢品加工率一直很高。主要的技術參數(shù)如下，環(huán)槽尺寸距離公差尺寸出現(xiàn)的偏差值為（+0.04mm），圓柱出現(xiàn)的偏差值為（0.02mm），公差的偏離容易導致最后的結果出現(xiàn)超差，必須有合理科學的設計才能保證加工工藝的品質。

（1）做好定位加工，并對比加工前后的檢測結果。所以前后的檢測一定要用相同的基準面和相同的測量工具，整個過程中對前后參數(shù)的記錄一定要仔細，因為這個數(shù)據(jù)是找出加工零件加工不成功因素的重要參考。判斷這種加工誤差是來自于機床加工誤差還是失效加工誤差。

（2）對異形槽零件進行切削時，工件的裝夾情況如圖2所示。通過對當前的定位夾緊分析，得知工件的安裝是合理的。工人在進行操作時，必須保證夾具定位面及工作表面的清潔，在對零件進行切削加工后，在機體上檢測檢測零件的尺寸精度及圓柱結果均為合格。隨后將零件從機床夾具卸下后再進行檢測，這是發(fā)現(xiàn)多個異形零件尺寸公差和形位公差出現(xiàn)了超差情況。剩下的極少數(shù)合格零件經過幾天的存放和各個部門的周轉，也出現(xiàn)了超差而導致了報廢。

（3）引起的誤差原因的分析：從機床卸下零件后出現(xiàn)了尺寸公差和形位公差，追究原因是該零件進行熱加工處理后用軟三爪自定心卡盤夾緊后進行切削的，由于零件的自身很薄，被夾緊的時候容易發(fā)生彈性變形，彈性變形后造成零件的加工后端不平整。在切削工序時，該零件會以該端面作為軸定位再次加緊，造成零件的兩端在缺乏彈性的情況下向夾具的端面貼緊。得出的結論是，在夾緊力的壓力造成加工零件彈性變形的條件下進行切削工序，當夾緊力消除后，彈性變形得到恢復，造成異形零件的尺寸和形狀出現(xiàn)改變，造成加工零件的數(shù)據(jù)超差從而報廢。

（4）剩下的合格工藝零件，在隨部分工件周轉使用的過程中，沒有得到合理的時效安排處理，以至于在存放數(shù)周后超差報廢。究其原因是加工零件在經過高溫處理后，零件內仍然有具有較高的內應力，成型后隨其他的部件進行加工，導致其殘留的應力重新分布，造成之前原本合格的異形零件發(fā)生變形最后工件報廢。

（5）得出來的結論是，工件加工后發(fā)生變形主要由這兩大因素構成，一是因為其本身為不規(guī)則的薄壁型，二是在零件經過高溫處理后，因為其內應變力（含熱應力和材料組織應力）的存在。即使按照正常的加工程序，但是其中任何一環(huán)不合理都會導致工件的報廢。因此，本文綜合考慮和分析對異形槽零件加工工藝細節(jié)上的因素。如對材料的選擇上、異形零件自身的特點、切削過程等，之后對加工工序進行了合理的工序安排。以求最大化的減少工件的內應力，控制零件變形的數(shù)量，提高零件的整體質量。

2.異形槽類零件具備怎樣的特點

異形槽零件通常壁厚程度從0.5mm到1.1mm不等，究其原因是形狀尖角分布廣泛，造成了應力的集中，極容易產生裂紋和內裂變力[2-4]。這種零件在加工過程中，經過一系列的切削振動、工裝夾具和灼熱加工后，殘余應力經過重新分布難以避免的會發(fā)生變形外，在各個加工工序之間流轉存放的過程中，零件的殘余應力也會受存放環(huán)境的影響（如溫度，空氣濕度等）而發(fā)生形狀、尺寸上的變化，會造成工中的成品率不高。

3.對異形槽類零件加工工藝的分析

3.1零件圖工藝的分析

零件圖可以直觀的反應出零件的性能，用途和工作條件[5]。讓人對零件與產品中的相互關系和作用一目了然。是設計工藝的理論基礎，因此，零件的工藝圖應具備以下幾個條件：（1）零件圖具有完整性和正確性，符合國家標準，有完整的尺寸和相關的技術標注。如清楚的顯示點、線、面之間的平行或相交的關系。畫圖的過程中可以用cad軟件作為輔助工具，以求達到最直觀清晰的構圖效果。（2）關于尺寸標注方法的要求：在零件圖上尺寸標注分為分散法和集中法。通常采用的是集中標注，有利于直觀的向編制的程序提供數(shù)據(jù)。

3.2針對材料的選擇

有些零件剛完工的時候是合格的，到整體裝配的環(huán)節(jié)就出現(xiàn)超出范圍的松動或難以裝配，或者無法裝配的情況。有些可以裝配但是使用沒多久就出現(xiàn)裂痕等情況。導致產品的使用壽命大大縮短。針對這一情況，對加工中出現(xiàn)損壞的材料進行抽樣檢查，發(fā)現(xiàn)在碳鋼材料中，所含的S，P比值較高，導致的脆性變大，對加工過程的冷熱變化十分敏感。因此，要提高成品加工的成功率，延長零件的最佳使用年限。就要在零件的選材上多下功夫，選擇的材料必須符合如下幾個特性：（1）材料表面實耐磨，具有良好的延伸性。（2）材料的內部必須具備良好的韌性和可塑性，且耐受性強。（3）因為異形零件工作介質很特殊，最好是選用滲碳合金鋼（12CrNi4）q且含碳量要低于0.25。才能保證經過高溫處理后，材料的內部仍具有良好的韌性，因為有碳的滲透而達到表面的硬度。Cr，Ni是為了提高材料的淬透性。

4.異形槽類零件加工過程中對刀具的選擇

4.1對加工刀具的分類

槽類零件的加工刀具主要分為銑刀、鏜刀兩大類[6]，根據(jù)不同的加工階段要使用不同的刀具：

（1）在自由嚙面的粗加工和半精加工階段，首先選擇銑刀，因為它具有優(yōu)質的切削質量和效率。

（2）如果對自由曲面進行精加工的時候該選用球頭刀，因為該刀的切削速度慢，切削的行距夠密。

（3）如果是粗精加工，即使是相同尺寸和規(guī)格的刀具，都要分開使用。一般情況下，盡量使用一把刀具完成所有的加工部位。

4.2異形類零件加工過程中對刀具的用法

（1）粗加工時螺旋進刀方式應控制在5度到10度之間，進刀量的徑向不允許超過刀具直徑的5%-8%，深度進給量要控制在刀具直徑的5%。

（2）半精加工階段，由于零件的層間距離較小，要防止切削時刀具直接下沉到下個切削面，不要過切，要滿足等量的切削原則。

（3）粗加工和半精加工階段，為實現(xiàn)較高的表面加工質量和切削效率，要配合使用UG軟件的manufacturing模塊里的cavity—mill銑削方式，其參數(shù)設定為，切削水平選bcal Depth per Cut為2mm，將Stepover的too diameter調整為55%。刀具則選用硬質合金雙刃立式平底銑刀。

（4）精加工階段，選用優(yōu)質合金球頭刀為刀具；對比曲面的最大面，分為正反方向兩組，刀軌走向盡可能的沿著最長輪廓線的方向；因為球頭刀刀心速度為0，不屬于切削而是削磨，所以加工時刀軸需要與零件底面保持不超過20度的傾斜，減少這樣可以避免刀尖對加工零件的磨損；根據(jù)零件不同曲面的特點，可以用Cavity—mill中Ar.ea Milling、Surface Area、Boundar來進行加工。

5.切削加工中對切削液的選擇

切削加工中要使用切削液，切削液具備四大性能，冷卻性能，潤滑性能，清洗性能，防銹性能。在切削過程中切削液可以降低刀具與加工表面的摩擦，減少刀具的磨損，提高加工表面的光滑性。切削液也根據(jù)其性能也分為三個種類，切削油，乳化液，水溶液。水溶液其主要成分由水構成，無粘稠的透明質感，方便操作者觀察，冷卻性能好。其缺點是容易令金屬零件生銹，潤滑性能差。乳化液外觀呈透明或者乳白色，是由乳化劑、添加劑和植物油膏加水稀釋而成，冷卻潤滑、效果不錯但是含水量大，容易讓金屬鈍化。

6.異形槽零件鉆中心孔時要注意的問題

鉆中心孔是異形槽類零件加工中十分細節(jié)卻又極其重要的一環(huán)，對異形槽零件的加工工藝的品質起到決定性的作用，因此，在異形槽加工過程中，應注意如下幾個問題。

6.1防止中心鉆的折斷

（1）中心鉆一定要對準加工零件的回轉中心，加工零件的末端要車平，不能留有凹頭，否則容易造成中心鉆偏斜，不能準確定鉆心而折斷。（2）切削時候要嚴格控制切削用量。（3）不能使用磨后的中心鉆強行鉆入。（4）要保證中心鉆的清潔，及時清除中心鉆上的切屑和澆注切削液。

6.2防止中心鉆孔鉆的不圓或鉆偏

（1）要及時矯正出現(xiàn)彎曲的加工零件2.保證裝夾工具有良好的夾緊力，防止因夾緊力不足而引起的鉆中心孔時加工零件的移位。且在鉆孔時注意，中心孔不宜鉆的太深，否則在工件夾裝時不能與中心孔的鉆孔貼合，避免中心鉆孔修膜后圓柱部分的長度過短，不然在裝夾時，容易造成裝夾尖端與中心孔底的接觸。

7.在熱處理過程中需注意的問題

正確的高溫的處理方法對后來的切削加工質量有著決定性的作用，金屬的組織成分不同在加熱處理中會呈現(xiàn)出不同的組織特性，當含碳量不足0.25%時，金屬的切削加工性能也隨著碳含量的變化而變化，如果有大量的鐵素體在回火狀態(tài)下出現(xiàn)，那么說明該金屬的延展性很好。因為滲碳合金鋼（12CrNi4A）具有含碳量低的優(yōu)勢，經過滲碳后冷卻，然后通過金屬加熱處理后再低溫回火，從而形成柔韌性和強度的完美融合。大部分的異形槽類零部件加工過程中，都是先經過加熱處理及回火后再進行磨削工作，通過磨削加工達到所追求的良好機械性能。工件采用半自動或自動機床加工時高效率成批生產，只有經過科學的熱處理工藝方法，有效的降低了磨削時“燒傷”或形成“磨削裂紋”的概率，保證了零件經過精磨后，還能維持有較高的光潔程度。因此，正確選定合理的熱處理工藝方法是優(yōu)質切削的基礎。

8.結束語

綜上所述，通過對異形槽類零件在選材和自身特性上諸多因素的分析，強調了對加工工藝環(huán)節(jié)中需要注意的問題，提出了進一步改善異形槽類零件加工成品率的要點和發(fā)展趨勢，將成品的合格率提升到了85%到99.8%，產品的使用年限較以往增加了9成，降低了機械能耗，節(jié)約了成本，同時保證了加工的工期。大幅度的減低員工做返工的概率，減少員工的勞動力，也為機械行業(yè)的加工提供了相關的經驗，創(chuàng)造了可觀的經濟價值。

【參考文獻】

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